南都訊 記者伍曼娜 通訊員吳鴻瑤 藍藻大規模暴發不僅會導致水下生物大量窒息死亡，還會嚴重威脅飲用水安全和人體健康。然而，自然界有一個長期被忽視的現象：藻華有時會在短短幾天內突然消退，水面上的大片“綠毯”仿佛消失得無影無蹤。

清華大學深圳國際研究生院（下稱“清華SIGS”）副教授陶益、王瀟雄團隊聯合清華大學環境學院教授胡洪營團隊，敏銳抓住這一反常的消亡現象并進行觀測，最終在藍藻細胞中系統解析了“鐵死亡”的調節性細胞死亡機制，揭示了藻華快速消亡的自然奧秘，為從源頭精準遏制藻華暴發提供了全新思路。

近日，相關成果以“鐵催化活性脂質過氧化產物觸發藻華種群快速死亡”（Iron-catalyzed active lipid peroxides drive ultrafast collective cell death in blooming algae）為題，發表于《科學》（Science）期刊。

論文第一作者朱寅杰，通訊作者陶益、王瀟雄（從左至右）。

撥開迷霧

揭示藻華種群“快速消亡”之謎

為了揭示藻華快速消失的秘密，論文第一作者、清華大學深圳國際研究生院2021級碩士生（后為2024級博士生）朱寅杰在2021年進行藻類試驗時，發現一個現象：當藻細胞內的活性鐵水平超過某一臨界值之后，細胞膜損傷加劇，細胞死亡速度顯著快于預期。

“鐵死亡”的概念，于2012年從生命科學領域的腫瘤細胞研究中興起。清華SIGS團隊在復盤試驗數據時發現，部分曾被忽略的指標顯示，藍藻細胞內氧化應激和鐵代謝相關通路被同步激活。經過多種分析和驗證，團隊猜想：藍藻水華快速消亡會不會存在著類似“鐵死亡”的驅動機制？

為了驗證這個假設，該團隊在滇池開展了系統的野外監測。他們發現，藍藻細胞內富含鐵離子和脂質，在環境壓力下，鐵離子變得異常活躍，進而“點燃”脂質的過氧化鏈式反應，生成鐵催化活性脂質過氧化產物。這類物質的分子構象發生變化，既可以通過改變細胞膜的生物物理特性造成細胞膜結構缺陷，最終導致細胞死亡，即“原發性鐵死亡”；又會作為“死亡信號”從細胞膜上脫落，被周圍細胞接觸后進一步誘發這些細胞執行同樣的死亡，即“繼發性鐵死亡”。信號一旦傳播，就會以“星火燎原”之勢迅速引發種群崩潰，即產生“旁觀者效應”。

團隊表示，這項研究拓展了過去認為“凋亡驅動藻華崩潰”的傳統認識，為理解藻華快速消亡提供了新的研究思路和范式。“如果能操縱這種信號分子，就可能師法自然，在早期抑制藻華暴發。”陶益表示，這將為全球藻華治理帶來新思路。

交叉融合

構筑科研創新“底座”

“這項研究最大的破局點，是學科交叉。”陶益道出了這項成果誕生的深層原因：不僅源于團隊對“異常”現象的敏銳捕捉與持續深挖，更離不開交叉融合帶來的創新靈感與突破口。

在清華SIGS，打破邊界、合作共贏是師生們的科研常態，為科研“破局”提供了堅實的底座。陶益來自清華SIGS環境與生態研究院，他長期聚焦美麗中國建設中協同減污降碳關鍵問題，持續攻堅藻類水華防控以及藻菌協同減污降碳的原理與技術。王瀟雄則來自海洋工程研究院，主要從事電過濾分散式水處理技術研究。兩人的學術合作已經超過十年。

要解開這個科研“謎團”，單一學科的知識顯得捉襟見肘。在此項研究中，陶益擅長對藻華自然現象的理解、概念設計、現象背后機制的挖掘、以及生態學意義的闡釋，王瀟雄更多從催化過程和工藝角度給出應用設想和規劃。此外，清華大學教授胡洪營在概念設計和思路拓展上給予了重要指導，昆山杜克大學助理教授曹煥生在生物信息學方面的分析，進一步豐富了研究的維度。

學科交叉，不僅體現在人員的協同，更在于科研平臺與思維方式的深度交融。要破解藍藻水華快速消亡背后的“鐵死亡”機制，需要打通生態、環境、生物、物理、材料等多個領域。依托清華SIGS開放共享的科研平臺及各研究院之間的設備共享機制，團隊采用了流式細胞儀、無標記活細胞顯微鏡、電子顯微鏡等設備。

四年磨劍

從被退稿到搶占“無人區”

交叉融合在帶來創新突破口的同時，也意味著團隊必須闖入“無人區”，直面重重瓶頸與挑戰。

該研究需要參考哺乳動物細胞鐵死亡領域的文獻報道，在原核生物藍藻上構建整套研究方法，這在環境工程領域幾乎沒有現成方法可供借鑒。為此，團隊在方法論上跨界“拓荒”，從頭學習構建算法、摸索試驗藥劑。

積累一定成果后，2023年底，團隊開始嘗試向一些環境類期刊投稿。經歷了半年的等待，他們的論文卻由于研究領域交叉性較強，無人審稿而被退回。然而團隊沒有氣餒，最終將微觀的生物學機制研究拓展到宏觀生態學現象的解釋，把他們更為扎實的研究成果投向了《科學》期刊。

這一次，他們收獲了認可。《科學》期刊的三位審稿人都對該成果給出了很高的評價，認為該發現對藻類領域意義重大，研究方法和思路具有創新性，并鼓勵團隊進一步探索這一重大發現啟示的藻類水華防控方法，持續深化這一領域的研究。

陶益（第一排左三）與學生在污染河道治理現場。

碧水安瀾

攜“中國良方”走向世界

“我們做研究的出發點，是解決真問題。”陶益的教導，讓朱寅杰記憶猶新。“解決真問題”的科研態度，是一代代清華人薪火相傳的精神底色，將論文寫在祖國大地，是清華SIGS科研團隊不變的追求。

長期在深圳的水環境治理實踐，為陶益團隊深刻理解復雜水體生態、推動理論向工程轉化打下了堅實的基礎。

二十多年來，清華SIGS團隊先后參與水源和飲用水安全保障、污水凈化與再生利用、茅洲河大沙河深圳河等河道治理修復、紅樹林保護與生態保育、赤潮災害防治、深圳灣治理修復戰略制定等多項工作，瞄準環境治理的“硬骨頭”，守護深圳的綠水青山，并立足灣區，放眼全球，持續把“深圳經驗”帶到滇池、太湖等水體治理工作中，深度服務國際大科學計劃，以綠色行動影響全球。

深圳市“十五五”規劃綱要提出，加快全面綠色轉型，打造可持續發展先鋒。清華SIGS團隊正是這一目標的“先鋒隊”。目前，陶益、王瀟雄團隊正致力于將研究成果轉化為工程化應用，讓“源頭清藻”從實驗室走向廣闊的自然水體，為守護綠水青山貢獻清華智慧與力量。